鉅大LARGE | 點擊量：1190次 | 2019年01月07日
透過國家鋰電池標準看中國鋰電池產業發展
2013年以前，盡管業界多個標準都對鋰電池的安全提出了要求，包括鋰電池運輸要求（UN38.3）、便攜式密封蓄電池安全要求（IEC62133-2012）、移動電話用電池規范（GB/T18287-2013）等，但這些標準要么不具備國家強制性，要么不夠全面。
事故頻出下，業界開始呼吁：是時候規范這個行業了。2014年12月，《便攜式電子產品用鋰離子電池和電池組安全要求》（GB31241-2014）在千呼萬喚中出場，魚龍混雜的鋰電池行業，終于迎來洗牌。
鋰電池國家標準倒逼行業技術改革
新標準GB31241對鋰電池的測試達到了無死角覆蓋，除了包含常規的安全要求（安全工作參數、標識要求、警示說明、耐久性）以外，還特別提出了對電池組環境的試驗、電池組安全試驗、電池組保護電路安全測試要求、系統保護電路安全要求等30多項測試，堪稱當時最苛刻的國家強制標準。后續出臺的鋰電池標準，也都以其為基礎模板進行增減、修改。
對于大型鋰電生產企業來說，鋰電池國家標準的發布對企業生產影響并不大，因為大型鋰電企業的生產設備相對優越，生產工藝流程也相對嚴格，甚至超過了國家標準。但對于沒有標準化生產設備的小電池廠來說，鋰電池國家標準對其產品及工藝提出了近乎苛刻的要求?？梢哉f，鋰電池國家標準，正是鋰電池產品安全的最基本保障，它倒逼著行業進行設備升級和技術突破。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
為確保鋰離子電池的安全使用，廠家們進行了嚴格、周密的電池安全性能設計，以達到國家安全標準：
一、通過各種環境濫用測試。對電池進行各項濫用實驗，如外部短路、過充、針刺、沖擊、焚燒等，考察電池的安全性能；進行溫度沖擊實驗和振動、跌落、沖擊等力學性能實驗，考察電池在實際使用環境下的性能。
二、研發采用先進的SEI膜。作為電極材料的“保護傘”，一方面，SEI膜可消耗部分鋰離子，降低電極材料的充放電效率；另一方面，SEI膜能有效防止溶劑分子的共嵌入，避免因溶劑分子共嵌入對電極材料造成破壞，大大提高電極的循環性能和使用壽命。
三、研發新型電解液。目前大部分商用鋰離子電池都采用LiPF6的EC/DMC作為電解液，因其較高的離子導電率與較好的電化學穩定性。由于液態電解質鋰離子電池存在漏液、爆炸等安全性問題，固體電解液的研究被提上日程，固體聚合物電解質既可作為正負電極間隔膜，又可用作傳遞離子的電解質。
四、挖掘新型鋰電正極材料。作為鋰電池的核心，正極材料在鋰電池的總成本中占據40%以上的比例，其性能直接影響鋰電子電池的各項性能指標?；趯︿囯姵匦阅艿牟町惢枨?，各種主流鋰電正極材料在各領域中得到合適的應用。專家預計，到2020年鋰電正極材料市場規模有望達到595億元。
以三元材料為主導的動力鋰電池正在崛起
在鋰電池產業規模迅速擴張的背景下，決定鋰電池能量密度、循環壽命和安全性等重要指標的正極材料備受業界關注。目前鋰離子電池的負極材料仍主要以石墨為主，而正極材料領域出現了百家爭鳴的局面，鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷酸鋰、磷酸鐵鋰等材料陸續產業化，并應用于眾多領域。
就現階段而言，磷酸鐵鋰電池仍占據著市場的主導地位，一個重要原因是：磷酸鐵鋰材料具有穩定的橄欖石結構，理論上可以允許結構中的鋰全部脫出，充放電可逆性好，循環性能十分優越。另一種材料錳酸鋰雖然具有較高的氧化還原放熱穩定性，且充放電循環300多次后容量保持率仍達到90%以上，工業化成熟度、成本、一致性均優于磷酸鐵鋰，但其安全性較差。
此外，業界大多廠家認為三元材料將成為未來市場的主流。一方面，三元材料低溫下性能較好，零下攝氏度時的放電效率大大高于其他材料。眾所周知，高溫管理比低溫方便，低溫升到高溫的熱管理設計較難實現；另一方面，三元材料的能量密度和電壓平臺高，對于提高電動汽車的續航里程有很大幫助。相反的，磷酸鐵鋰電池在能量密度的研發上已經進入瓶頸。
未來鋰離子電池必定是朝高安全性、高能量密度、長壽命、高可靠性及低成本等方向發展。其中，安全是第一位的，補貼新政與電池能量密度掛鉤，導致一味追求高能量密度的廠家比比皆是，國內外頻繁的電動車事故，時刻提醒著我們：任何超越目前安全技術水平的“大躍進”，在安全面前都是站不住腳的。
在保證安全性的前提下，降低成本、提高性能是唯一的出路。部分電池生產商通過增大電池尺寸來達到提高能量密度的目的。在現有條件下，21700三元鋰電池系統的能量密度可達300Wh/kg左右，比18650鋰電池系統的250Wh/kg提高了20%——由于電池單體電池容量的提升意味著同等能量下所需電芯的數量減少，如此一來雖然單個電芯的重量和成本提升了，但電池系統PACK的重量和成本卻得到了降低。
但，一味的增大電池尺寸并不是長久之計。在目前的技術水平下，高能量密度和高循環壽命兩者不可兼得。據測算，容量每提升10%，電池循環壽命大約會降低20%；充放電倍率降低30~40%；同時電池會有20%左右的溫升。如持續增大尺寸大話，又將面對犧牲安全性所帶來的風險。因此，引導業內對三元鋰電池有正確的認識，避免一味追求高能量密度，提升安全性才是重中之重。
電動汽車發展落后于預期，鋰電池成儲能技術理想選擇
目前，鋰離子電池主要應用于交通動力、電力儲能、移動通信、航天特種等領域。受國內補貼政策和Tesla、比亞迪等大型車企影響，以電動汽車為主要載體的三元動力鋰電池備受青睞。
根據《節能與新能源汽車產業發展規劃(2012-2020年)》，計劃到2020年，純電動汽車和插電式混合動力汽車生產能力達200萬輛、累計產銷量超過500萬輛。在新能源雙積分政策以及汽車產業轉型的大環境下，國內新能源汽車產品層出不窮，更新迅速，但其性價比仍不能完全滿足實際需要，電動汽車成本尤其電池組的成本仍超出普通消費者的承受能力。隨著新能源汽車補貼下行，并受經濟增速放緩、中美貿易摩擦、內需呈現疲軟態勢等因素影響，“新車賣的好，但卻不賺錢”的尷尬行情持續在第三季度上演。
總體來看，市場疲乏導致的產品積壓問題困擾著大部分新能源車企。此外，還有不少國內新勢力車企依舊停在“ppt”造車階段，面對補貼政策緊縮、續航里程和電池能量密度門檻的提高，無法實現量產交付導致融資困難成為其面對的一大困擾?？梢姡瑖鴥入妱悠嚢l展仍落后于國人預期，隨著外來品牌的“大舉入侵”，未來國內新能源汽車市場的競爭將更加嚴峻。
在儲能領域，鋰離子電池的霸主地位已十分牢固。2018年6月，國家標準《電力儲能用鋰離子電池》（GB/T36280-2018）發布，并將于2019年1月實施。隨著電池技術帶來鋰電池成本的下降和能量密度的提升，儲能行業有望迎來快速發展。
值得一提的是，將“退役”的三元鋰電池回收用于儲能的可行性仍然存疑。眾所周知，三元鋰循環壽命相對短，容量衰減較快，三元動力電池報廢時，自身的容量已經下降很多，性能不再有明顯優勢。更可以預見的是安全性也將更差，因為隨著材料不斷循環，比表面積變大，活性位點也將隨之增加。即便截止壽命被限定在初始容量的80%，在容量剩余不到80%以后，循環跳水的情況也容易發生。因此，筆者認為，鑒于鎳鈷錳的價格比磷酸鐵鋰更貴，尤其是鈷，將其回收后提取才能帶來更大的價值。
結語
經十幾年的發展，鋰離子電池產業基本形成了中日韓三分天下的格局。在可預見的未來，中國在鋰離子電池正極材料的開發和產業化方面具有得天獨厚的優勢：鋰、鈷、鎳、錳等原料資源豐富、正極及其前驅體產業齊全、有色金屬冶煉工藝成熟，且擁有全世界最完整的動力電池產業鏈。
此外，我們也應看到，在海外，仍是松下、三星、LG產品的天下，國內在鋰電池材料的前期研究和知識產權方面還和頂尖跨國企業存在差距。市場競爭、適者生存，唯有科技創新是王道，國內鋰電池產業雖然飽受期待，但尚需協力前行。
上一篇：鋰電池行業多項標準出臺
下一篇：無人機鋰電池行業標準發布
